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工科系陳福榮教授團隊三維顯微學大突破 成果登國際著名期刊「自然」雜誌【2012.07.24秘書處】

 本校工科系陳福榮教授與比利時安特衛普大學物理系教授德克‧凡‧戴克(Dirk Van Dyck)教授經過歷時十年的跨國合作,日前以大爆炸理論推出原子界的哈伯方程式,突破現今穿透電子顯微鏡對原子結構二維投影圖像解析技術的限制,已可直接由實驗結果顯示出石墨烯三維原子結構圖,此成果係由國科會奈米國家型學研計畫支持。本研究成果已於六月十四日獲國際頂尖期刊「自然(Nature)」雜誌刊登。

 
陳福榮教授指出,為能了解和掌控材料和生物蛋白質的性質和功能, 解析出它們的三維原子結構是主要的關鍵。然而,目前應用於材料的斷層攝影術,必須將近一百多個投影方向的影像進行重構,而重構結果也可能無法達到原子解析的水平。陳教授以應用於生物的冷凍電鏡斷層攝影術為例,他說,這個技術需要由約3,000電鏡影像中挑出約37,000顆蛋白質,利用約7,000電腦叢,運算約200天來重構出三維之結構。目前重構出結構最好的解析率亦無法達到原子分辨率的水準。
 
陳教授說,研究團隊是從天文物理的宇宙大爆炸理論出發,發展出只要透過一個投影角度就能重構三維原子結構的「大爆炸原子分辨率斷層攝影學」。他進一步說明,就如同天文物理學家運用哈伯方程式推測宇宙大爆炸的時間原點一樣,我們也能透過類似的科學理論,運用原子波不同角度間的「相位」與「相位速率」關係來算出3D原子位置,進而解析出三維原子結構。他說,目前正在將這新的理論開發軟體中,只要將軟體與電子顯微鏡結合,電子顯微鏡就可自動顯示出材料或蛋白質的3D原子結構圖。
 
陳教授表示,雖然目前的研究中,是利用具結晶性雙層石墨烯的出射波來驗證大爆炸斷層攝影理論的精確性,但這項理論極具有可擴展應用於非週期結構的材料與蛋白質的潛力。這項技術將可運用於發展生物醫學和材料科學領域,在未來解析蛋白質與非晶材料之三維結構會有革命性的應用。
 
共同主持國科會記者會的陳力俊校長指出,清華大學繼今年二月江安世教授在「科學」(Science) 期刊,張壯榮助理教授在「細胞」(Cell) 期刊,三月潘榮隆與孫玉珠教授在「自然」(Nature) 期刊上發表論文,加上本論文使清大在四個月內有四篇nature, science and cell發表論文,不僅在上次達到兩個月內在NSC發表論文的輝煌成果,此次也達到四個月內在CNN發表論文的優異成果,都是清華大學歷史上的第一。除了對支持這四項研究的國科會(National Science Council)交出漂亮的成績單之外,也非常感謝國科會的長期補助。
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